Факторы, влияющие на износостойкость стальных шаров

Факторы, влияющие на износостойкость стальных шаров

Износ — это результат механического воздействия, проявляющегося в постепенной потере поверхностного материала. Поломка вследствие износа возникает, когда изделия, подвергаясь механическому воздействию, теряют свою функциональность. У абразивных шлифовальных стальных шариков доля износа за весь срок службы превышает 50%. Так называемый абразивный износ характеризуется тем, что при попадании на поверхность твёрдых частиц или в результате трения между выступами на более мягком материале образуются многочисленные бороздки; в результате этого происходит миграция материала, что и приводит к соответствующему виду износа. При анализе механизма износа шаров необходимо учитывать как механический износ, так и влияние внешних условий окружающей среды, а также внутренние свойства самих шлифовальных стальных шариков — то есть два указанных аспекта.

Механический износ и воздействие внешних факторов окружающей среды: существуют различные аспекты — твёрдость, прочность, скорость, угол, температура, влажность, размер и др.

1. Твёрдость абразива: износ зависит от множества факторов, при этом наиболее важным является твёрдость материала.

2. Интенсивность; особенно при воздействии давления на абразивный материал. По мере увеличения давления износ возрастает, поскольку повышение давления приводит к увеличению глубины проникновения абразивного износа шариков, а также к росту энергии деформации поверхности режущего материала.

3. Скорость работы мельницы: для различных видов износа скорость износа различна. При скользящем износе влияние скорости проявляется слабо. Эрозионный износ оказывает существенное воздействие на скорость износа; при достаточно высокой скорости удара, даже если при низкой скорости не наблюдается скользящего износа, материалы, подвергшиеся эрозии, также могут вызывать износ.

4. Угол: Влияние эрозионного износа на угол удара весьма значительно. Для хрупких и пластичных материалов наблюдаются различия в характере этого воздействия и зависимости от угла удара. Для хрупких материалов, таких как керамика, величина износа растёт с увеличением угла; при угле около 90° в условиях вертикального удара достигает максимального значения, что свидетельствует о непригодности таких материалов для эксплуатации в условиях эрозии под большими углами. Для пластичных материалов величина износа сначала возрастает с увеличением угла удара, достигает максимума при определённом значении угла, а затем, при дальнейшем увеличении угла, снижается. Это указывает на то, что при малых углах, соответствующих условиям работы с низкой ударной энергией, материал склонен к интенсивному износу, тогда как при больших углах его износостойкость проявляется наиболее полно. Причиной этого является следующее: при низкой твёрдости материала и малом угле поверхность, подвергающаяся абразивной эрозии, обеспечивает наиболее благоприятные условия для образования износа; в то же время при вертикальном ударе хрупкий материал легко разрушается, образуя осколки, что приводит к максимальной величине износа.

5, температура: с повышением температуры износ увеличивается.

6. Влажность: в практической инженерной практике, при трении металлов, если к поверхности контакта попадает смазочная жидкость, износ значительно снижается; однако при абразивном износе проникновение влаги усиливает абразивное воздействие, что приводит к серьёзному износу.

7. Размер: размер абразивных зёрен — при увеличении размера частиц начальное воздействие на износ возрастает линейно; однако при достижении определённого критического значения так называемого размера частиц рост износа замедляется либо прекращается вовсе.

Более существенным является относительная твёрдость абразивного материала, или соотношение твёрдостей. Результаты многочисленных испытаний на абразивный износ показали наличие зависимости между этим соотношением (см. рис. 2) и величиной износа — как от твёрдости самого материала, так и от твёрдости абразива. На рис. 2 H1 и H2 обозначают соответственно твёрдость материала M1 и M2. Для двух различных материалов характерна зависимость объёма абразивного износа от соотношения их твёрдостей; при этом, как видно на рис. 2, для относительно мягкого материала M1, когда твёрдость абразива H1 ниже твёрдости материала, с увеличением твёрдости абразива износ возрастает медленно; однако по мере повышения твёрдости абразива до значения, при котором износ становится наиболее чувствительным к изменению твёрдости абразива, дальнейшее увеличение твёрдости абразива уже не оказывает заметного влияния на износ. Аналогичная картина наблюдается и для твёрдого материала M2: весь процесс износа можно условно разделить на три зоны: I — зона слабого износа, где Hs ≈ 1,25–1,13, причём Hm — твёрдость материала, а Hs — твёрдость абразива; II — зона умеренного износа, где Hm ≈ 0,8Hs; III — зона интенсивного износа, где Hm < 1,25Hs. Зона слабого износа I: в этой области износ незначителен; поскольку твёрдость абразива значительно превышает твёрдость обрабатываемого материала, основной причиной износа являются не сами механические свойства материала детали, а наличие небольшого количества примесей высокой твёрдости, которые лишь в незначительной степени определяют ход процесса износа. Переходная зона износа II: именно в этой зоне чаще всего наблюдается наибольший износ; поскольку твёрдость абразива близка к твёрдости обрабатываемого материала, повышение твёрдости последнего может существенно улучшить его износостойкость — что делает этот участок особенно важным для анализа отказов и выбора износостойких материалов.

При дальнейшем повышении абразивной твёрдости вступает область высокого износа III; в этом диапазоне повышение твёрдости абразивных шлифовальных стальных шариков либо происходит слишком медленно, либо их твёрдость увеличивается без учёта конкретных условий. Несвоевременное и необоснованное повышение твёрдости материала лишь усугубляет износ и приводит к росту затрат.